LeetCode 108. 将有序数组转换为二叉搜索树

leetcode.cn/problems/co...

给你一个整数数组 nums ,其中元素已经按 升序 排列,请你将其转换为一棵 平衡 二叉搜索树。

示例 1:

ini 复制代码
输入: nums = [-10,-3,0,5,9]
输出: [0,-3,9,-10,null,5]
解释: [0,-10,5,null,-3,null,9] 也将被视为正确答案:

示例 2:

ini 复制代码
输入: nums = [1,3]
输出: [3,1]
解释: [1,null,3] 和 [3,1] 都是高度平衡二叉搜索树。

提示:

  • 1 <= nums.length <= 104
  • -104 <= nums[i] <= 104
  • nums严格递增 顺序排列

二叉搜索树的中序遍历是升序序列,题目给定的数组是按照升序排序的有序数组,因此可以确保数组是二叉搜索树的中序遍历序列。

给定二叉搜索树的中序遍历,是否可以唯一地确定二叉搜索树?答案是否定的。如果没有要求二叉搜索树的高度平衡,则任何一个数字都可以作为二叉搜索树的根节点,因此可能的二叉搜索树有多个。

如果增加一个限制条件,即要求二叉搜索树的高度平衡,是否可以唯一地确定二叉搜索树?答案仍然是否定的。

直观地看,我们可以选择中间数字作为二叉搜索树的根节点,这样分给左右子树的数字个数相同或只相差 1,可以使得树保持平衡。如果数组长度是奇数,则根节点的选择是唯一的,如果数组长度是偶数,则可以选择中间位置左边的数字作为根节点或者选择中间位置右边的数字作为根节点,选择不同的数字作为根节点则创建的平衡二叉搜索树也是不同的。

确定平衡二叉搜索树的根节点之后,其余的数字分别位于平衡二叉搜索树的左子树和右子树中,左子树和右子树分别也是平衡二叉搜索树,因此可以通过递归的方式创建平衡二叉搜索树。

当然,这只是我们直观的想法,为什么这么建树一定能保证是「平衡」的呢?这里可以参考「1382. 将二叉搜索树变平衡」,这两道题的构造方法完全相同,这种方法是正确的,1382 题解中给出了这个方法的正确性证明:1382 官方题解,感兴趣的同学可以戳进去参考。

递归的基准情形是平衡二叉搜索树不包含任何数字,此时平衡二叉搜索树为空。

在给定中序遍历序列数组的情况下,每一个子树中的数字在数组中一定是连续的,因此可以通过数组下标范围确定子树包含的数字,下标范围记为 left,right。对于整个中序遍历序列,下标范围从 left=0 到 right=nums.length−1。当 left>right 时,平衡二叉搜索树为空。

以下三种方法中,方法一总是选择中间位置左边的数字作为根节点,方法二总是选择中间位置右边的数字作为根节点,方法三是方法一和方法二的结合,选择任意一个中间位置数字作为根节点。

方法一:中序遍历,总是选择中间位置左边的数字作为根节点

选择中间位置左边的数字作为根节点,则根节点的下标为 mid=(left+right)/2,此处的除法为整数除法。

kotlin 复制代码
class Solution {
    fun sortedArrayToBST(nums: IntArray): TreeNode? {
        return helper(nums, 0, nums.size - 1)
    }

    fun helper(nums: IntArray, left: Int, right: Int): TreeNode? {
        if (left > right) {
            return null
        }

        // 总是选择中间位置左边的数字作为根节点
        val mid = (right - left) / 2 + left
        val root = TreeNode(nums[mid])
        root.left = helper(nums, left, mid - 1)
        root.right = helper(nums, mid + 1, right)
        return root
    }
}

复杂度分析

时间复杂度:O(n),其中 n 是数组的长度。每个数字只访问一次。

空间复杂度:O(logn),其中 n 是数组的长度。空间复杂度不考虑返回值,因此空间复杂度主要取决于递归栈的深度,递归栈的深度是 O(logn)。

方法二:中序遍历,总是选择中间位置右边的数字作为根节点

选择中间位置右边的数字作为根节点,则根节点的下标为 mid=(left+right+1)/2,此处的除法为整数除法。

kotlin 复制代码
class Solution2 {
    fun sortedArrayToBST(nums: IntArray): TreeNode? {
        return helper(nums, 0, nums.size - 1)
    }

    fun helper(nums: IntArray, left: Int, right: Int): TreeNode? {
        if (left > right) {
            return null
        }

        // 总是选择中间位置右边的数字作为根节点
        val mid = (right + left + 1) / 2
        val root = TreeNode(nums[mid])
        root.left = helper(nums, left, mid - 1)
        root.right = helper(nums, mid + 1, right)
        return root
    }
}

复杂度分析

时间复杂度:O(n),其中 n 是数组的长度。每个数字只访问一次。

空间复杂度:O(logn),其中 n 是数组的长度。空间复杂度不考虑返回值,因此空间复杂度主要取决于递归栈的深度,递归栈的深度是 O(logn)。

相关推荐
蓝斯4972 小时前
Diff算法的简单介绍
算法
过期的秋刀鱼!2 小时前
L2正则化,防止过拟合-历史补充
算法·过拟合·l2正则化
hansang_IR2 小时前
【题解】LC:Z 算法(Z Algorithm)
c++·算法·字符串
范什么特西2 小时前
回答知识总结02
算法·哈希算法
橘子汽水1683 小时前
Leetcode 230,98:二叉搜索树中第K小的元素,验证二叉搜索树
算法·leetcode·职场和发展
m沐沐3 小时前
【机器学习】DBSCAN聚类算法——原理、参数调优与实战
人工智能·python·深度学习·算法·机器学习·聚类·dbscan
问商十三载3 小时前
GEO优化的6个核心诊断工具,2026年实操版详解
人工智能·算法·机器学习
手写码匠3 小时前
华为云征文|DeepSeek-R1 智能问数 Agent 实战:Flexus X 实例 + Dify 构建企业级 Text-to-SQL 查询助手
人工智能·深度学习·算法·aigc
mifengxing4 小时前
Java集合与泛型
java·算法·复习笔记